DE102009015892A1

DE102009015892A1 - Wärmetauscher und Herstellungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE102009015892A1
Application number: DE102009015892A
Authority: DE
Inventors: Steven P. Racine Meshenky; Charles M. Cudahy Rastall
Original assignee: Modine Manufacturing Co
Current assignee: Modine Manufacturing Co
Priority date: 2008-04-02
Filing date: 2009-04-01
Publication date: 2009-10-22
Also published as: US9395121B2; US8424592B2; US20130213619A1; US20090025916A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt einen Wärmetauscher zur Übertragung von Wärme zwischen einem ersten Arbeitsfluid und einem zweiten Arbeitsfluid bereit. Der Wärmetauscher enthält eine gewellte Lamelle, die entlang einem Strömungsweg des ersten Arbeitsfluids zwischen benachbarten Rohrwänden positioniert werden kann und zur Verstärkung der Wärmeübertragung zwischen dem ersten Arbeitsfluid und dem zweiten Arbeitsfluid betreibbar ist. Die Lamelle kann einen Schenkel, der zwischen benachbarten Falzen definiert ist, enthalten. Des Weiteren kann der Wäremtauscher mehrere Windungen enthalten, die sich von einem distalen Ende des Schenkels nach innen erstrecken und in verschiedenen Abständen von dem Ende enden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Wärmetauscher und auch eine Lamelle für einen Abgasrückführungskühler sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben.
KURZE DARSTELLUNG
In einigen Ausführungsformen stellt die vorliegende Erfindung einen Wärmetauscher zur Übertragung von Wärme zwischen einem ersten Arbeitsfluid und einem zweiten Arbeitsfluid bereit. Der Wärmetauscher kann ein Paar voneinander beabstandeter Endkammern, mehrere sich zwischen dem Paar Endkammern erstreckende Rohre, die einen Strömungsweg für das erste Arbeitsfluid bereitstellen und entlang einem Strömungsweg für das zweite Arbeitsfluid positioniert sind, und eine Lamelle, die in einem der Rohre gestützt werden kann und einen Falz aufweist, der sich in einer im Wesentlichen parallel zu einer Länge eines der Rohre zwischen dem Paar Endkammern verlaufenden Richtung erstreckt, enthalten. Die Lamelle kann mehrere Aussparungen enthalten, die sich in den Falz erstrecken und daran entlang beabstandet sind.
Des Weiteren stellt die vorliegende Erfindung einen Wärmetauscher zur Übertragung von Wärme zwischen einem ersten Arbeitsfluid und einem zweiten Arbeitsfluid bereit, der ein Paar voneinander beabstandeter Endkammern, mehrere sich zwischen dem Paar Endkammern erstreckende Rohre, die einen Strömungsweg für das erste Arbeitsfluid bereitstellen und entlang einem Strömungsweg für das zweite Arbeitsfluid positioniert sind, und eine Lamelle, die in einem der Rohre gestützt werden kann und einen Falz aufweist, der sich in einer im Wesentlichen parallel zu dem Strömungsweg für das erste Arbeitsfluid durch die Rohre verlaufenden Richtung erstreckt, enthält. Der Falz kann einen ersten und einen zweiten Schenkel der Lamelle definieren. Eine Aussparung kann an dem ersten Schenkel ausgebildet sein und ein Vorsprung kann an dem zweiten Schenkel gegenüber der Aussparung am ersten Schenkel ausgebildet sein.
In einigen Ausführungsformen stellt die vorliegende Erfindung einen Wärmetauscher zur Übertragung von Wärme zwischen einem ersten Arbeitsfluid und einem zweiten Arbeitsfluid bereit, der ein Paar voneinander beabstandeter Endkammern, mehrere sich zwischen dem Paar Endkammern erstreckende Rohre, die einen Strömungsweg für das erste Arbeitsfluid bereitstellen und entlang einem Strömungsweg für das zweite Arbeitsfluid positioniert sind, und eine Lamelle, die in einem der Rohre gestützt werden kann und einen serpentinenförmigen Falz aufweist, der sich in einer im Wesentlichen parallel zu einer Länge des Rohrs zwischen dem Paar Endkammern verlaufenden Richtung erstreckt, enthält.
Des Weiteren stellt die vorliegende Erfindung einen Wärmetauscher zur Übertragung von Wärme zwischen einem ersten Arbeitsfluid und einem zweiten Arbeitsfluid bereit, der eine gewellte Lamelle enthält, die entlang einem Strömungsweg des ersten Arbeitsfluids zwischen benachbarten Rohrwänden positioniert und zur Verstärkung der Wärmeübertragung zwischen dem ersten Arbeitsfluid und dem zweiten Arbeitsfluid betrieben werden kann. Die Lamelle kann einen Schenkel, der zwischen benachbarten Falzen definiert ist, und mehrere Windungen, die sich von einem distalen Ende des Schenkels nach innen erstrecken und in verschiedenen Abständen von dem Ende enden, enthalten.
In einigen Ausführungsformen stellt die vorliegende Erfindung eine gewellte Lamelle für einen Wärmetauscher bereit, wobei der Wärmetauscher einen Strömungsweg eines ersten Arbeitsfluids und einen Strömungsweg eines zweiten Arbeitsfluids aufweist und zur Übertragung von Wärme zwischen dem ersten und dem zweiten Arbeitsfluid betrieben werden kann. Die Lamelle kann einen Schenkel, der zwischen benachbarten Falzen definiert ist und entlang dem Strömungsweg des ersten Arbeitsfluids positioniert werden kann, und mehrere Windungen, die sich von einem distalen Ende des Schenkels nach innen erstrecken und verschiedene Längen in Strömungsrichtung des ersten Arbeitsfluids entlang dem Strömungsweg aufweisen, enthalten.
Des Weiteren stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers zur Übertragung von Wärme zwischen einem ersten Arbeitsfluid und einem zweiten Arbeitsfluid bereit. Das Verfahren kann die Vorgänge des Wellens einer Lamelle zur Definition mehrerer Schenkel und des Bildens mehrerer Windungen entlang einem der mehreren Schenkel umfassen, wobei sich die mehreren Windungen von einem distalen Ende des Schenkels nach innen erstrecken und in verschiedenen Abständen von dem Ende enden.
Weitere Aspekte der Erfindung gehen bei Betrachtung der ausführlichen Beschreibung und beigefügten Zeichnungen hervor.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Unteransicht eines Wärmetauschers gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine teilweise weggeschnittene Ansicht eines Teils des in 1 gezeigten Wärmetauschers.
3 ist eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht eines Teils eines Rohrs und einer Lamelle des in 1 gezeigten Wärmetauschers.
4 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils der in 3 gezeigten Lamelle.
5 ist eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht eines Teils eines Rohrs und einer Lamelle gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils der in 5 gezeigten Lamelle.
7 ist eine Draufsicht einer teilweise geformten Lamelle, die gemäß dem in 9 gezeigten Verfahren hergestellt werden kann.
8 ist eine perspektivische Ansicht einer teilweise geformten Lamelle, die gemäß dem in 10 gezeigten Verfahren hergestellt werden kann.
9 zeigt ein Verfahren zur Herstellung der in 5 gezeigten Lamelle.
10 zeigt ein anderes Verfahren zur Herstellung der in 5 gezeigten Lamelle.
11 ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts der in 10 gezeigten Lamellenherstellungsvorrichtung.
12 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Wärmetauscherlamelle gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
13 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Wärmetauscherlamelle gemäß anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
14 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Wärmetauscherlamelle gemäß noch anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Bevor irgendwelche Ausführungsformen der Erfindung ausführlich erläutert werden, versteht sich, dass die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die Konstruktionsdetails und die Komponentenanordnung, die in der folgenden Beschreibung angeführt werden oder in den folgenden Zeichnungen dargestellt sind, beschränkt ist. Die Erfindung kann andere Ausführungsformen umfassen und auf verschiedenste Weise ausgeübt oder durchgeführt werden. Des Weiteren versteht sich, dass die hier verwendete Ausdrucksweise und Terminologie der Beschreibung dienen und nicht als einschränkend betrachtet werden sollten. Die Verwendung von ”enthalten”, ”umfassen” oder ”aufweisen” und Variationen davon soll die danach angeführten Objekte und Äquivalente davon sowie zusätzliche Objekte mit umfassen.
Wenn nicht angegeben oder auf andere Weise eingeschränkt, werden die Begriffe ”angebracht”, ”verbunden”, ”gestützt” und ”gekoppelt” und Variationen davon allgemein verwendet und umfassen sowohl direkte als auch indirekte Befestigungen, Verbindungen, Stützen und Kopplungen. Des Weiteren sind ”verbunden” und ”gekoppelt” nicht auf physische oder mechanische Verbindungen oder Kopplungen beschränkt.
Des Weiteren versteht sich, dass die hier verwendete Ausdrucksweise und Terminologie bei Bezugnahme auf eine Vorrichtungs- oder Elementausrichtung (wie zum Beispiel Begriffe wie ”mittlere(r)”, ”obere(r)”, ”untere(r)”, ”vordere(r)”, ”hintere(r)” und dergleichen) nur zur Vereinfachung der Beschreibung der vorliegenden Erfindung verwendet werden und zeigen nicht alleine, dass die Vorrichtung oder das Element, auf die bzw. auf das Bezug genommen wird, eine bestimmte Ausrichtung aufweisen muss und implizieren dies auch nicht. Darüber hinaus werden Begriffe wie ”erste(r)” und ”zweite(r)” hier für Beschreibungszwecke verwendet und sollen keine relative Wichtigkeit oder Bedeutung anzeigen oder implizieren.
Die 1–4 zeigen einen Wärmetauscher 10 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Bei einigen Ausführungsformen, darunter die dargestellten Ausführungsformen der 1–4, kann der Wärmetauscher 10 als ein Abgasrückführungskühler (EGRC – Exhaust Gas Recirculation Cooler) betrieben werden und kann mit dem Abgassystem und/oder dem Auslasssystem eines Fahrzeugs betrieben werden. Bei anderen Ausführungsformen kann der Wärmetauscher 10 in anderen (zum Beispiel Nicht-Fahrzeug-)Anwendungen verwendet werden, wie zum Beispiel zum Kühlen von Elektronik, in technischen Einrichtungen, beim Heizen von Gebäuden und in Klimaanlagen und dergleichen. Darüber hinaus liegt auf der Hand, dass der Wärmetauscher 10 der vorliegenden Erfindung viele Formen annehmen kann, eine große Palette an Materialien verwenden kann und in verschiedene andere Systeme eingegliedert werden kann.
Im Betrieb, und wie unten ausführlicher erläutert, kann der Wärmetauscher 10 Wärme von einem ersten Arbeitsfluid mit hoher Temperatur (zum Beispiel Abgas, Wasser, Motorkühlmittel, CO₂, ein organisches Kältemittel, R12, R245fa, Luft und dergleichen) auf ein zweites Arbeitsfluid mit niedrigerer Temperatur (zum Beispiel Wasser, Motorkühlmittel, CO₂, ein organisches Kältemittel, R12, R245fa, Luft und dergleichen) übertragen. Obgleich hier auf die Übertragung von Wärme zwischen zwei Arbeitsfluiden Bezug genommen wird, kann der Wärmetauscher 10 darüber hinaus bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zur Übertragung von Wärme zwischen drei oder mehr Fluiden betrieben werden. Als Alternative oder zusätzlich dazu kann der Wärmetauscher 10 als ein Rekuperator betrieben werden und kann Wärme von einer eine hohe Temperatur aufweisenden Stelle eines Heizkreislaufs auf eine eine niedrige Temperatur aufweisende Stelle des gleichen Heizkreislaufs übertragen. Bei einigen solchen Ausführungsformen kann der Wärmetauscher 10 Wärme von einem durch einen ersten Teil des Wärmeübertragungskreislaufs strömenden Arbeitsfluid auf das durch einen zweiten Teil des Wärmeübertragungskreislaufs strömende gleiche Arbeitsfluid übertragen.
Wie in den 1 und 2 gezeigt, kann der Wärmetauscher 10 eine erste Endkammer 18 und eine zweite Endkammer 20 enthalten, die am ersten bzw. zweiten Ende 22, 24 eines Stapels von Wärmetauscherrohren 26 mit Außenflächen 28 (in den 1, 3 und 5 gezeigt) angeordnet sind. Bei der dargestellten Ausführungsform nach den 1–4 ist das erste Ende 22 an einem ersten Sammelbehälter 30 und das zweite Ende 24 an einem zweiten Sammelbehälter 32 befestigt. Bei anderen Ausführungsformen kann der Wärmetauscher 10 eine einzelne Endkammer 18 und/oder einen einzelnen Behälter 30 enthalten, der am ersten oder zweiten Ende 22, 24 oder an einer anderen Stelle am Wärmetauscher 10 angeordnet ist.
Wie in den 1 und 2 gezeigt, kann jedes der Rohre 26 an der ersten und der zweiten Endkammer 18, 20 befestigt sein, so dass ein durch den Wärmetauscher 10 strömendes erstes Arbeitsfluid von einem durch den Wärmetauscher 10 strömenden zweiten Arbeitsfluid getrennt gehalten wird. Insbesondere definiert der Wärmetauscher 10 einen ersten Strömungsweg (durch Pfeile 34 in 1 dargestellt) für das erste Arbeitsfluid und einen zweiten Strömungsweg (durch Pfeile 36 in 1 dargestellt) für ein zweites Arbeitsfluid, und der erste und der zweite Strömungsweg 34, 36 sind getrennt, so dass das erste Arbeitsfluid nicht in den zweiten Strömungsweg 36 eintreten kann und das zweite Arbeitsfluid nicht in den ersten Strömungsweg 34 eintreten kann.
Bei einigen Ausführungsformen, wie zum Beispiel bei der dargestellten Ausführungsform, sind die Rohre 26 an der ersten und zweiten Endkammer 18, 20 und dem ersten und zweiten Behälter 30, 32 befestigt, so dass das erste Arbeitsfluid durch eine erste Einlassöffnung 40 im ersten Behälter 30 in den Wärmetauscher 10 eintritt, durch die Rohre 26 des Wärmetauschers 10 entlang dem ersten Strömungsweg 34 strömt und nicht in den zweiten Strömungsweg 36 eintreten kann. Bei diesen Ausführungsformen können die Rohre 26 an der ersten und zweiten Endkammer 18, 20 und dem ersten und zweiten Behälter 30, 32 befestigt sein, so dass das zweite Arbeitsfluid durch eine zweite Einlassöffnung 42 im zweiten Behälter 32 in den Wärmetauscher 10 eintritt, durch den Wärmetauscher 10 entlang dem zweiten Strömungsweg 36 zwischen den Rohren 26 strömt und nicht in den ersten Strömungsweg 34 eintreten kann.
Bei anderen Ausführungsformen können die Rohre 26 andere Ausrichtungen und Konfigurationen aufweisen, und der erste und der zweite Strömungsweg 34, 36 können durch Teiler, Lamellen, Trennwände und dergleichen getrennt gehalten werden. Bei noch anderen Ausführungsformen kann sich der erste Strömungsweg 34 durch einige der Rohre 26 erstrecken, während sich der zweite Strömungsweg 36 durch andere Rohre 26 erstrecken kann.
Wie in 2 gezeigt, können die Endkammern 18, 20 Öffnungen zur Aufnahme eines oder mehrerer der Rohre 26 aufweisen. Wie durch die 1 und 2 dargestellt, kann das entlang dem ersten Strömungsweg 34 strömende erste Arbeitsfluid durch in der ersten Endkammer 18 ausgebildete Öffnungen in die Rohre 26 eintreten. Bei diesen Ausführungsformen kann die erste Endkammer 18 des Weiteren das zweite Arbeitsfluid von der zweiten Einlassöffnung 42 zwischen benachbarte Rohre 26 leiten und kann verhindern, dass das zweite Arbeitsfluid in die Rohre 26 strömt. Die erste Endkammer 18 kann des Weiteren verhindern, dass das erste Arbeitsfluid zwischen die Rohre 26 strömt.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Wärmetauscher 10 als ein Querstromwärmetauscher konfiguriert, so dass der erste Strömungsweg 34 oder ein Teil des ersten Strömungswegs 34 gegenüber dem zweiten Strömungsweg 36 oder einem Teil des zweiten Strömungswegs 36 liegt. Bei anderen Ausführungsformen kann der Wärmetauscher 10 andere Konfigurationen und Anordnungen aufweisen, wie zum Beispiel eine Parallelstrom- oder eine Gegenstromkonfiguration.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Wärmetauscher 10 als ein 1-Zug-Wärmetauscher dargestellt, wobei das erste Arbeitsfluid entlang dem ersten Strömungsweg 34 durch mindestens eines mehrerer Rohre 26 strömt und das zweite Arbeitsfluid entlang dem zweiten Strömungsweg 36 zwischen benachbarten Rohren 26 strömt. Bei anderen Ausführungsformen kann der Wärmetauscher 10 als ein mehrzügiger Wärmetauscher konfiguriert sein, wobei das erste Arbeitsfluid in einem ersten Zug durch eines oder mehrere der Rohre 26 strömt und dann in einem zweiten Zug durch eines oder mehrere andere Rohre 26 in einer der Strömungsrichtung des ersten Arbeitsfluids im ersten Zug entgegengesetzten Richtung strömt. Bei diesen Ausführungsformen kann das zweite Arbeitsfluid entlang dem zweiten Strömungsweg 36 zwischen benachbarten Rohren 26 strömen.
Bei noch anderen Ausführungsformen kann der Wärmetauscher 10 als ein mehrzügiger Wärmetauscher konfiguriert sein, wobei das zweite Arbeitsfluid in einem ersten Zug zwischen einem ersten Paar benachbarter Rohre 26 und dann in einem zweiten Zug zwischen einem anderen Paar benachbarter Rohre 26 in einer der Strömungsrichtung des zweiten Arbeitsfluids im ersten Zug entgegengesetzten Richtung strömt. Bei diesen Ausführungsformen kann das erste Arbeitsfluid dann entlang dem ersten Strömungsweg 34 durch mindestens eines der Rohre 26 strömen.
Bei der dargestellten Ausführungsform enthält der Wärmetauscher 10 sieben Rohre 26, die jeweils eine im Wesentlichen rechteckige Querschnittsform aufweisen. Bei anderen Ausführungsformen kann der Wärmetauscher 10 ein, zwei, drei, vier, fünf, sechs, acht oder mehr Rohre 26 enthalten, die jeweils eine dreieckige, kreisförmige, quadratische oder andere polygonale, ovale oder unregelmäßige Querschnittsform aufweisen können.
Wie oben erwähnt, können sich bei einigen Ausführungsformen der zweite Strömungsweg 36 oder ein Teil des zweiten Strömungswegs 36 über die Außenfläche 28 eines oder mehrerer der Rohre 26 erstrecken. Bei einigen solchen Ausführungsformen können Rippen 56 (siehe 3) entlang den Außenflächen 28 der Rohre 26 ausgebildet sein, um zumindest teilweise Kanäle 58 zwischen benachbarten Rohren 26 zu definieren. Als Alternative dazu können, wie in 5 gezeigt, die Rohre 26 des Wärmetauschers 10 allgemein oval geformt sein (das heißt ein einfaches extrudiertes Rohr) und ohne Kanäle 58 definierende Rippen 56. Ein Gehäuse kann um die Rohre 26 herum vorgesehen sein, um zu verhindern, dass das zweite Fluid aus dem Wärmetauscher 10 zwischen benachbarten Rohren 26 herausleckt. Bei solch einer Ausführungsform würde das Gehäuse einen zweiten Strömungsweg 36 zwischen den Rohren 26 und um sie herum definieren.
Bei Ausführungsformen, wie zum Beispiel die dargestellte Ausführungsform nach den 1–4, mit sich nach außen erstreckenden Rippen 56, können die Rippen 56 jedes Rohrs 26 an einem benachbarten Rohr 26 befestigt sein. Bei einigen solchen Ausführungsformen können die Rippen 56 eines Rohrs 26 an einem benachbarten Rohr 26 weich- oder hartgelötet oder geschweißt sein. Bei anderen Ausführungsformen können benachbarte Rohre 26 mit ineinander eingreifenden Befestigungselementen, anderen herkömmlichen Befestigungselementen, Klebstoff oder kohäsivem Verbindungsmaterial, durch Presspassung usw. aneinander befestigt sein. Darüber hinaus kann ein Gehäuse um die Rohre 26 der in den 1–4 dargestellten Ausführungsform herum vorgesehen sein.
Zusätzliche Erhebungen, Aussparungen oder Verformungen 64 können auch oder als Alternative an den Außenflächen 28 der Rohre 26 vorgesehen sein, um strukturellen Halt für den Wärmetauscher 10 bereitzustellen, um die Verformung oder das Zerdrücken eines oder mehrerer Rohre 26 zu verhindern, einen gewünschten Abstand zwischen benachbarten Rohren 26 aufrechtzuerhalten, den Wärmeaustausch zwischen dem ersten und dem zweiten Arbeitsfluid zu verbessern und/oder Turbulenzen entlang dem ersten und/oder dem zweiten Strömungsweg 34, 36 zu erzeugen.
Der Wärmetauscher 10 kann Lamellen 66 enthalten, die eine Wärmeübertragung zwischen dem ersten und dem zweiten Arbeitsfluid verbessern, wenn das erste und das zweite Arbeitsfluid entlang dem ersten bzw. dem zweiten Strömungsweg 34, 36 strömen. Die Lamellen 66 können den Wärmetauscherkern (das heißt die Rohre 26) mit einer vergrößerten Oberfläche zur Verteilung der durch das erste und/oder das zweite Arbeitsfluid zugeführten Wärme versehen. Wie in den 2, 3 und 5 gezeigt, können die Lamellen 66 in den Rohren 26 positioniert sein. Als Alternative oder zusätzlich dazu können die Lamellen 66 zwischen benachbarten Rohren 26 positioniert sein. Bei anderen Ausführungsformen können die Lamellen 66 integral mit den Rohren 26 ausgebildet sein und können sich von den Außenflächen 28 der Rohre 26 nach außen erstrecken oder als Alternative von den Innenflächen 38 der Rohre 26 nach innen erstrecken. Bei einigen Ausführungsformen können die Lamellen 66 die Beständigkeit und die Festigkeit des Wärmetauschers 10 verbessern. Die (geometrischen und topographischen) Konfigurationen der Lamellen 66 können so sein, dass die von dem Material aufgrund von Wärmeschwankungen erfahrene Expansion und Kontraktion bei erhöhter Flexibilität (weiter unten ausführlicher besprochen) ausgeglichen wird.
Bei der dargestellten Ausführungsform nach 2 wird eine Lamelle 66 in jedem der Rohre 26 gestützt und erstreckt sich entlang der ganzen Länge oder im Wesentlichen der ganzen Länge jedes der Rohre 26 zwischen einander gegenüberliegenden Enden 68 der Rohre 26. Wie in 2 dargestellt, kann sich die Lamelle 66 auch oder als Alternative über die gesamte Breite oder im Wesentlichen die gesamte Breite jedes der Rohre 26 zwischen einander gegenüberliegenden Seiten der Rohre 26 erstrecken. Bei anderen Ausführungsformen kann eine Lamelle 66 in nur einem oder weniger als allen der Rohre 26 gestützt werden, und die Lamelle(n) 66 kann bzw. können sich im Wesentlichen über die ganze Länge des Rohrs bzw. der Rohre 26 zwischen einander gegenüberliegenden Enden 68 des Rohrs bzw. der Rohre 26 erstrecken, oder als Alternative kann bzw. können sich die Lamelle(n) 66 entlang im Wesentlichen weniger als die gesamte Länge des Rohrs bzw. der Rohre 26 durch das Rohr bzw. die Rohre 26 erstrecken. Bei noch anderen Ausführungsformen können zwei oder mehr Lamellen 66 durch jedes oder in jedem Rohr 26 gestützt werden. Bei einigen Ausführungsformen können die Lamellen 66 an den Rohren 26 befestigt sein. Bei einigen solchen Ausführungsformen können die Lamellen 66 an den Rohren 26 weich- oder hartgelötet oder geschweißt sein. Bei anderen Ausführungsformen können die Lamellen 66 auf andere Weise mit den Rohren 26 verbunden sein, wie zum Beispiel durch eine Presspassung, Klebstoff, kohäsives Verbindungsmaterial, Befestigungselemente usw.
Bei einigen Ausführungsformen können die Enden 68 der Rohre 26 durch Presspassung in der ersten und/oder der zweiten Endkammer 18, 20 angebracht sein. Bei einigen solchen Ausführungsformen können die Enden 68 der Rohre 26 und die in den Rohren 26 oder zwischen den Rohren 26 gestützten Lamellen 66 zumindest teilweise verformt werden, wenn die Rohre 26 und/oder die Lamellen 66 durch Presspassung in der ersten und/oder der zweiten Endkammer 18, 20 angebracht werden. Somit werden die Rohre 26 und/oder die Lamellen 66 unter Druck eingeklemmt und gehalten, um die Rohre 26 und/oder die Lamellen 66 in einer gewünschten Ausrichtung zu befestigen und ein Lecken zu verhindern. Bei einigen Ausführungsformen können die Rohre 26 an der ersten und/oder zweiten Endkammer 18, 20 hart- oder weichgelötet oder geschweißt sein.
Bei den dargestellten Ausführungsformen werden rollgeformte Metallbleche in einem unten ausführlicher beschriebenen Verfahren unter Bildung der Lamelle 66 gefalzt. Bei anderen Ausführungsformen können die Lamellen 66 zu einer gewünschten Form gegossen oder geformt werden und können aus anderen Materialien (zum Beispiel Aluminium, Kupfer, Eisen und anderen Metallen, Verbundmaterial, Legierungen und dergleichen) hergestellt werden. Bei noch anderen Ausführungsformen können die Lamellen 66 auf eine beliebige Weise in Form geschnitten oder maschinell bearbeitet werden, können extrudiert oder gepresst, können in irgendeiner Kombination solcher Arbeitsgänge gefertigt und dergleichen werden.
Wie am deutlichsten in den 3 und 7 gezeigt, kann die Lamelle 66 gewellt sein und eine Gesamtlänge L, Gesamtbreite W und Gesamthöhe H aufweisen. Die Länge L der Lamelle 66 wird als die allgemeine Fluidströmungsrichtung in dem Rohr 26 (das heißt von der ersten Endkammer 18 zur zweiten Endkammer 20) definiert. Wie bei der in 3 dargestellten Ausführungsform bildet jeder Falz einen serpentinenförmigen Rücken 76, der sich allgemein parallel zur Länge L der Lamelle 66 erstreckt.
Die dargestellte Ausführungsform der Lamelle 66 enthält eine Reihe von sich parallel erstreckenden Rücken 76, die abwechselnde Scheitel 78 und Täler 80 entlang der Breite W der Lamelle 66 bilden. Wie in 2 gezeigt, können die Scheitel 78 und Täler 80 jeweils obere und untere Innenseiten (zum Beispiel zwischen Ober- und Unterseiten in den 2, 3 und 5) eines Rohrs 26 in Eingriff nehmen. Bei der dargestellten Ausführungsform erstrecken sich Schenkel oder Flanken 82 zwischen jedem Paar benachbarter Falze (das heißt von einem Scheitel 78 zu einem Tal 80 oder umgekehrt) entlang der Länge L, um der Lamelle 66 die Höhe H zu verleihen. Darüber hinaus können die Lamellen 66 einiger Ausführungsformen zugespitzte, quadratische oder unregelmäßig geformte Scheitel 78 und/oder Täler 80 aufweisen. Der sich ergebende laterale Rand der Lamelle 66 der dargestellten Ausführungsform kann, wie in den 2 und 3 gezeigt, allgemein wellenförmig sein. Bei anderen Ausführungsformen kann der laterale Rand unter anderen Formen jedoch allgemein sinusförmig oder sägezahnförmig sein. Die durch jeden Falz 76 der gewellten Lamelle 66 gebildeten strukturellen Elemente werden unter Bezugnahme auf die 4 und 6 unten genauer beschrieben.
Wie durch die 4 und 6 dargestellt, kann ein erster Schenkel 82a zumindest teilweise auf einer Seite eines Rückens 76 definiert werden, und ein zweiter Schenkel 82b kann zumindest teilweise auf der anderen Seite des Rückens 76 definiert werden. Der Falz 76a ist unmittelbar neben dem ersten Schenkel 82a positioniert und definiert eine Höhe h des Schenkels 82a. Ebenso ist der Falz 76b am distalen Ende des zweiten Schenkels 76b positioniert, der die gleiche Höhe h aufweist. Der Abstand S zwischen benachbarten Schenkeln 82a, 82b wird als der Abstand zwischen den Punkten definiert, die sich im gleichen Abstand entlang der Länge L und der Höhe h jedes Schenkels 82 befinden. Die Schenkel 82 der Lamelle 66 können auch verschiedene topographische Konfigurationen aufweisen. Zum Beispiel können die Schenkel 82 an einer Stelle entlang der Länge L gewunden oder wellenförmig sein (das heißt bei Betrachtung von einem Ende der Lamelle 66), und an einer anderen Stelle entlang der Länge L können die Schenkel 82 gerade sein.
Wie in den 3–8 gezeigt, können die Schenkel 82 Konturelemente, wie zum Beispiel Aussparungen 86 und Vorsprünge 88 enthalten, die entlang ihrer Länge L beabstandet sind. Diese Elemente sind Verformungen in dem Material, aus dem die Lamelle 66 gebildet ist, und durchdringen weder einander gegenüberliegende Seiten der Lamelle 66 noch bilden sie Verbindungen dazwischen. Bei einigen solchen Ausführungsformen kann eine auf einer Seite eines Schenkels 82 gebildete Aussparung 86 konsequent einen Vorsprung 88 auf der gegenüberliegenden Seite des Schenkels 82 bilden (das heißt eine Aussparung 86 ist ein geometrisches Gegenstück zu einem Vorsprung 88). Die in der Lamelle 66 ausgebildeten Konturelemente können unter anderem als Pyramiden, Kegelstümpfe, Prismen und/oder halbkugelförmige Vorsprünge oder Aussparungen ausgebildet sein. Bei der dargstellten Ausführungsform weisen die Konturelemente jeweils zwei Symmetrieebenen auf (von denen eine die Länge L, die Raumebene s, und von denen die andere die Höhe h, Raumebene s ist). Somit ist die obere Hälfte des Konturelements ein Spiegelbild der unteren Hälfte (bezüglich der Höhe h des Schenkels 82, an dem es positioniert ist). Ebenso ist die linke Hälfte des Konturelements ein Spiegelbild der rechten Hälfte (bezüglich der Länge L des Schenkels 82, an dem es positioniert ist). Bei einigen Ausführungsformen kann ein Vorsprung 88 in einem Schenkel 82a so positioniert sein, dass er zumindest teilweise in einer Aussparung 86 in einem benachbarten Schenkel 82b aufgenommen werden kann (das heißt in dem gleichen Abstand entlang der Höhe h und Länge L jedes Schenkels).
Bei einigen Ausführungsformen können sich Konturelemente entlang der gesamten Höhe h des Schenkels 82 von einem Falz 76 zu einem benachbarten Falz 76 (das heißt von einem Scheitel 78 zu einem benachbarten Tal 80 oder umgekehrt) erstrecken. Jedes Konturelement weist eine Breite d auf, wie in 6 gezeigt. Bei der dargestellten Ausführungsform zeigt die Breite d des Weiteren den Abstand zwischen ähnlichen Konturelementen an. Bei anderen Ausführungsformen kann der Abstand zwischen ähnlichen Konturelementen größer sein als die Breite d eines dazwischen liegenden oder abwechselnden Konturelements.
Wie in 4 gezeigt, wird die Serpentinenform des Rückens 76 durch die Geometrie und Anordnung der Aussparungen 86 und Vorsprünge 88 bestimmt. Bei den dargestellten Ausführungsformen wechseln sich die Aussparungen 86 entlang der Länge L jedes Schenkels 82 mit den Vorsprüngen 88 ab, und jede der Konturen erstreckt sich zwischen benachbarten Falzen 76. Demgemäß können mehrere Aussparungen 86 und mehrere Vorsprünge 88 entlang dem Rand jedes Falzes 76 beabstandet sein. 4 enthält Bezugsmaße, um die Geometrie der Lamelle 66 genauer dazustellen. Insbesondere zeigt das Bezugsmaß a den Abstand zwischen der Mittellinie des Falzes 76 und dem Rand der Aussparung 86 an, das Bezugsmaß b zeigt den Abstand zwischen der Mittellinie des Falzes 76 und dem Rand eines Vorsprungs 88 an, und das Bezugsmaß c zeigt den lateralen Abstand (das heißt die normal zur Länge L der Lamelle und zur Breite d des Konturelements verlaufende Richtung) von dem Rand des Konturelements am Falz 76 zu seiner äußersten Spitze/Erstreckung an.
Wie in den 3–6 dargestellt, kann eine mit Längsreihen von abwechselnden Konturelementen 86, 88 ausgebildete Lamelle 66 so gefalzt sein, dass der Abstand S zwischen benachbarten Schenkeln 82 an einer bestimmten Höhe h entlang ihrer Länge L allgemein konstant sein kann. Somit ist die Querschnittsfläche des Strömungswegs entlang der Länge L zwischen einander gegenüberliegenden Enden 68 des Rohrs 26 im Wesentlichen konstant. Demgemäß ist der erste Strömungsweg 34 umführend ausgebildet und ist folglich länger als ein geraderer Strömungsweg. Solch eine Lamellenkonfiguration kann Turbulenzen des Arbeitsfluids verstärken und folglich eine effizientere Wärmeübertragung gestatten, ohne bedeutende Druckänderungen oder einen bedeutenden Druckaufbau entlang der Länge L der Lamelle 66 zu verursachen. Darüber hinaus können in den Lamellen 66 ausgebildete Konturelemente die Form des Rückens 76 beeinflussen.
Zum Beispiel zeigen die 3–8, wie ein Muster von Aussparungen 86 und Vorsprüngen 88 – insbesondere Längsreihen von sich durchgehend abwechselnden Konturelementen – einen serpentinenförmigen Rücken 76 erzeugen können. Selbst der Strömungsweg unmittelbar neben den Innenflächen 38 des Rohrs 26 ist somit langgezogen und umführend ausgeführt. Die Serpentinenform des Rückens 76 kann des Weiteren eine verstärkte Verbindung zwischen dem Rohr 26 und der Lamelle 66 bereitstellen, wodurch auch die Wärmeübertragung verbessert werden kann.
Bei Ausführungsformen mit Lamellen 66 mit einem wellenförmigen oder konturierten Querschnitt, wie zum Beispiel bei den dargestellten Ausführungsformen, wirken die Lamellen 66 als elastische Glieder, um Vibrationen aufzunehmen oder zumindest teilweise aufzunehmen und/oder um Expansionen und Kontraktionen der Lamellen 66, die durch Temperaturschwankungen des ersten und/oder des zweiten Arbeitsfluids verursacht werden, aufzunehmen. Bei einigen solchen Ausführungsformen wird durch die Elastizität der konturierten Lamellen 66 ein Reißen oder Brechen der Lamellen 66 verhindert oder reduziert. Als Alternative oder zusätzlich dazu wird durch die Elastizität der konturierten Lamellen 66 ein Reißen und Brechen von Verbindungen (zum Beispiel Weich- und Hartlötstellen, Schweißstellen usw.) zwischen den Rücken 76 der Lamellen 66 und den Innenseiten der Rohre 26 verhindert und/oder reduziert.
Wie in den 5–8 gezeigt, können sich bei einigen Ausführungsformen die Konturen 86, 88 von einem ersten lateralen Rand 92 entlang der Länge L eines Schenkels 82 durchgehend zu einem zweiten lateralen Rand 94 erstrecken. Bei anderen Ausführungsformen, wie zum Beispiel den in den 2–4 dargestellten, erstrecken sich die Konturen nur entlang der Länge L eines Mittelteils der Lamelle 66 durchgehend, während die Ränder 92, 94 eine andere topographische Konfiguration aufweisen. Wie bei den Ausführungsformen der 3 und 4 gezeigt, können die Windungen der Lamelle 66 zum Beispiel an einem lateralen Rand 92 einer Lamelle 66 starten und sich um eine gemeinsame Strecke dc entlang der Länge L der Lamelle 66 erstrecken. Bei einigen Ausführungsformen können sich die Windungen von einem lateralen Rand der Lamelle 66 zu einer Stelle hinter der Verbindungsebene der Endkammer 18, 20 mit dem Stapel von Rohren 26 erstrecken. Der konturierte Teil kann Änderungen der Länge L (das heißt der Längsflexibilität) gestatten, während die gewundenen Ränder Änderungen der Höhe h der Schenkel 82 (das heißt die Vertikalflexibilität) ausgleichen können. Dies kann bei Ausführungsformen wünschenswert sein, bei denen die Höhe der Lamelle H durch Verbindung mit den Innenflächen 38 des Rohrs 26 eingeschränkt wird, insbesondere bei denen die Rohrenden 68 durch die erste und die zweite Endkammer 18, 20 weiter eingeschränkt werden.
Die 12–14 zeigen eine alternative Ausführungsform einer Wärmetauscherlamelle 266 gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Teil einer Wärmetauscherlamelle 266, der in den 6 und 7 gezeigt wird, ähnelt in vielerlei Weise den oben beschriebenen dargestellten Ausführungsformen nach den 1–8. Mit Ausnahme von bezüglich einander uneinheitlichen Merkmalen und Elementen zwischen der Ausführungsform nach den 12–14 und den Ausführungsformen nach den 1–8 wird demgemäß für eine vollständigere Beschreibung der Merkmale und Elemente (und Alternativen und/oder Zusätze zu den Merkmalen und Elementen) der Ausführungsform nach den 12–14 auf die obige Beschreibung der Ausführungsformen nach den 1–8 Bezug genommen. Merkmale und Elemente bei der Ausführungsform der 12–14, die den Merkmalen und Elementen in den Ausführungsformen der 1–8 entsprechen, sind in der 200er Reihe nummeriert.
Wie in den 12–14 dargestellt, kann die Lamelle 266 Windungen 270 aufweisen, die sich von den lateralen Rändern 292, 294 um eine Strecke dc (das heißt parallel zur Länge L) entlang dem Schenkel 282 der Lamelle 266 in einer parallel zu den Falzen 276, die den Schenkel 282 definieren, verlaufenden Richtung erstrecken. Bei anderen Ausführungsformen können die Windungen 270 entlang der Lamelle 266 an einer Stelle positioniert werden, die nicht unmittelbar neben einem lateralen Rand 292, 294 liegt. Es kann eine beliebige Anzahl von Windungen 270 an einem Teil des Schenkels 282 vorgesehen sein, und die Anzahl von Windungen 270 kann von Schenkelteil zu Schenkelteil (und/oder von lateralem Rand 292 zu lateralem Rand 294 und/oder von Lamelle 266 zu Lamelle 266 usw.) einheitlich sein oder variieren. Darüber hinaus kann die geometrische Form der Windungen 270 von abgerundet zu zugespitzt variieren. Die Anzahl von Windungen 270 verschiedener Form kann von Schenkelteil zu Schenkelteil (und/oder von lateralem Rand 292 zu lateralem Rand 294 und/oder von Lamelle 266 zu Lamelle 266 usw.) einheitlich sein oder variieren. Wie bei der dargestellten Ausführungsform von 14 gezeigt, kann des Weiteren die Höhe hc jeder Windung, die gewundene Gesamthöhe cc (siehe 12) an einem bestimmten Schenkel 282 und die Höhe hs irgendeines Abstands (des in der Ebene des Schenkels 282 liegenden Bereichs) zwischen Windungen 270 von Schenkelteil zu Schenkelteil (und/oder von lateralem Rand 292 zu lateralem Rand 294 und/oder von Lamelle 266 zu Lamelle 266 usw.) einheitlich sein oder variieren.
Die Windungen 270 können Wülste 272 und Vertiefungen 274 enthalten, die sich entlang der Höhe h der Lamelle 266 abwechseln. Im Allgemeinen ist ein Wulst 272 eine in einer Richtung von der Ebene eines Schenkels 282 (definiert durch eine Stelle neben jeden der Falze, die den Schenkel definieren, und einer anderen Stelle am Schenkel 282) vorragende Windung 270, während eine Vertiefung 274 eine in die entgegengesetzte Richtung von der Ebene eines Schenkels 282 ragende Windung ist.
Um die folgende Erläuterung zu verdeutlichen, wird die folgende Übereinkunft bei der Benennung befolgt: wenn die Fläche irgendeines bestimmten Schenkels 282 betrachtet wird, erstrecken sich die Wülste 272 von dem Betrachter weg, während sich die Vertiefungen 274 zu dem Betrachter hin erstrecken. Somit versteht sich, dass zwei oder mehr Vertiefungen 274 nebeneinander positioniert sein könnten (genauso wie zwei oder mehr Wülste 272).
Die 12–14 zeigen, dass sich die Windungen 270 an einem einzelnen Schenkel 282 um verschiedene Strecken dc entlang der Länge L der Lamelle 266 erstrecken. Zum Beispiel erstreckt sich in 12 die oberste Windung, Vertiefung 274, von dem lateralen Rand 292 der Lamelle 266 um eine Strecke dc, die kürzer ist als die benachbarte Windung, Wulst 272 (unmittelbar unter der obersten Windung). Des Weiteren können sich zwei nicht benachbarte Windungen 290 um die gleiche Strecke dc erstrecken (das heißt sie weisen die gleiche Länge auf) – zum Beispiel Vertiefungen 274 in 12 oder Vertiefung 274 und Wulst 272 in 13. Bei anderen Ausführungsformen können sich zwei oder mehr Windungen 270 um die gleiche Strecke dc entlang der Länge L des Schenkels erstrecken. Darüber hinaus können sich die Längen entsprechender Windungen 270 (das heißt Windungen mit der gleichen Höhe h – zum Beispiel 274a und 274b in 14) an benachbarten Schenkeln 282 in Abhängigkeit von der Ausführungsform der Erfindung unterscheiden oder sie können ähnlich sein.
Als Alternative oder zusätzlich dazu können sich die Windungen 270 zu verschiedenen Endpunkten bezüglich der Konturelemente 286, 288 erstrecken. Zum Beispiel erstreckt sich in 12 die mittlere Windung, der Wulst 272, von dem lateralen Rand 292 der Lamelle 266 in den Vorsprung 288, der am nächsten zu dem lateralen Rand 292 liegt. Wie dargestellt, erstreckt sich bei der Ausführungsform von 13 die oberste Windung, der Wulst 272, am weitesten von allen Windungen am Schenkel 282a und endet unmittelbar neben dem Konturelement, Aussparung 286. Wie bei der Ausführungsform von 14 dargestellt, erstreckt sich die mittlere Windung 270 zu einem Endpunkt in einem Abstand von dem Vorsprung 288, der am nächsten zu dem lateralen Rand 292 liegt. Bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können zwischen den Windungen 270 und/oder zwischen einer Windung 270 und einem Falz 276 Abstände 284 (ein in der Ebene des Schenkels 282 liegender Bereich) vorgesehen sein. Wie in 12 dargestellt, ist zwischen der obersten Vertiefung 274 und dem Scheitel 278 ein Abstand 284 vorgesehen. Bei einem anderen Beispiel, das in 13 dargestellt wird, ist zwischen dem untersten Wulst 272 und dem Tal 280 ein Abstand 284 vorgesehen.
Es versteht sich, dass beliebige der oben beschriebenen Merkmale und Elemente, insbesondere, aber nicht ausschließlich, bezüglich der Windungen 270, an beliebigen, allen oder keinen der Lamellen 266 in einem Wärmetauscher 210 und/oder den Teilen einer Wärmetauscherlamelle 266 (Schenkel 282, Falz 276, lateraler Rand 292, 294 usw.) vorgesehen sein können. Des Weiteren können die Windungen 270 an Lamellen 266 vorgesehen sein, die als Alternative oder zusätzlich zu den Konturelementen 286, 288 Durchgangslöcher und/oder Ausschnitte im Schenkel 282 der Lamelle 266 aufweisen (wie zum Beispiel in der US-Patentanmeldung mit der lfd. Nummer 11/367,611 offenbart, auf die hiermit Bezug genommen wird). Die Konturelemente 286, 288 können bei einigen Ausführungsformen von den Falzen 276 der Lamelle 266 isoliert sein (das heißt sich nicht dort hinein erstrecken), wie in den 12–14 offenbart. Darüber hinaus können Windungen 270 an den Schenkeln von Lamellen 266 mit Lüftungsöffnungen, Schlitzen oder Kerben (wie zum Beispiel in der US-Patentanmeldung mit der lfd. Nr. 11/015,159 offenbart), einer Kombination solcher Merkmale und/oder ohne jegliche Konturelemente 286, 288 vorgesehen sein. Bei Ausführungsformen mit Lamellen 266 mit Windungen 270, wie zum Beispiel den dargestellten Ausführungsformen nach den 3, 4 und 12–14) wirken die Lamellen 266 als elastische Glieder, um Vibrationen aufzunehmen oder zumindest teilweise aufzunehmen und/oder um Expansionen und Kontraktionen der Lamellen 266, die durch Temperaturschwankungen des ersten und/oder des zweiten Arbeitsfluids verursacht werden, aufzunehmen. Bei einigen solchen Ausführungsformen wird durch die Elastizität der konturierten Lamellen 266 im Bereich der Windungen ein Reißen oder Brechen der Lamellen 66 und/oder ein Reißen und Brechen von Verbindungen (zum Beispiel Weich- oder Hartlötstellen, Schweißstellen usw.) zwischen den Rücken 276 der Lamellen 266 und den Innenseiten der Rohre 226 verhindert oder reduziert. Falls es in solchen Ausführungsformen zu einem Reißen kommt, kann des Weiteren ein versetztes Profil 290 (siehe 14), wo die Windungen 270 entlang der Höhe h des Schenkels (distal von den lateralen Rändern 292, 294 der Lamelle 266) enden, den Riss dazu zwingen, sich über eine längere Strecke (in einigen Fällen dem Profil 290 folgend) zu den Verbindungspunkten der Lamelle 266 mit den Innenflächen 238 der Rohre 226 auszubreiten, was eine längere Zeit dauert, wodurch die Gebrauchslebensdauer des Wärmetauschers 210 verlängert wird. Als Alternative oder zusätzlich dazu, kann ein geändertes versetztes Profil 290 von Windungen 270 neben den Schenkeln 282 bewirken, dass sich Risse zu den Innenflächen 238 des Rohrs 226 an verschiedenen Stellen entlang der Länge L des Rohrs ausbreiten, wodurch die Tendenz des Rohrs selbst reduziert wird, zu reißen (und/oder das Ausmaß des Reißens), wodurch die Isolation des ersten und des zweiten Strömungswegs 234, 236 bewahrt und die Gebrauchslebensdauer des Wärmetauschers 210 verlängert wird.
9 zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer Lamelle 66 für einen Wärmetauscher 10 nach einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren umfasst Rollformen eines Musters von Aussparungen 86 und Vorsprüngen 88 zu einer Bahn aus verformbarem, wärmeleitendem Material 100 (zum Beispiel Aluminium, Kupfer, Bronze und Legierungen, die eines oder mehrere dieser Metalle enthalten). Um die Beschreibung zu verdeutlichen, wird das Verfahren der Konturbildung in 9 gezeigt (und unter Bezugnahme auf 9 besprochen), das in zwei verschiedenen und aufeinander folgenden Schritten für eine bestimmte, in Längsrichtung angeordnete Bahn mit lateralem Querschnitt durchgeführt wird. Zunächst werden, auf der rechten Seite der Figur, die Aussparungen 86 rollgeformt, dann werden, links davon, die Vorsprünge 88 rollgeformt. In der Praxis kann das Rollformen von Aussparungen 86 und Vorsprüngen 88 jedoch gleichzeitig durchgeführt werden (wie unter Bezugnahme auf die in den 10 und 11 gezeigten Ausführungsformen unten beschrieben und veranschaulicht). Unabhängig davon, ob die Aussparungen 86 und die Vorsprünge 88 nacheinander oder gleichzeitig durchgeführt werden, erfährt die rollgeformte Lamelle 66 in 9 dann einen Falzvorgang (rechte Seite der Figur), um die Rücken 76 zu erzeugen. Die oben besprochenen Schritte können in einen Hochgeschwindigkeitsmontageprozess eingegliedert werden, der unten ausführlicher beschrieben wird.
Wie in 9 gezeigt, kann das Verfahren eine erste zylindrische Rolle 102 mit Vorsprüngen 104 verwenden, die in Längsreihen entlang ihrer gekrümmten Außenfläche 106 angeordnet sind. Die erste Rolle 102 kann um ihre Achse 108 gedreht werden, wenn sie mit einer ersten Seite 110 der Bahn aus verformbarem Material 100, die tangential zu der gekrümmten Fläche 106 positioniert ist, in Kontakt kommt. Das Gewicht der ersten Rolle 102 kann dazu verwendet werden, Druck auf das verformbare Material auszuüben, so dass die Vorsprünge 104 Aussparungen 86 in dem Material 100 bilden. Bei anderen Ausführungsformen kann die Materialbahn 100 durch andere Mittel in Kontakt mit der Rolle 100 gezwungen werden, um die Aussparungen 86 zu bilden.
Die Form und die Größe der Vorsprünge 104 bezüglich der Dicke der Materialbahn 100 kann derart sein, dass die durch Kontakt der Vorsprünge 104 mit der ersten Seite 110 der Bahn aus verformbarem Material 100 gebildeten Aussparungen 86 ihr geometrisches Gegenstück auf einer (nicht sichtbaren) zweiten Seite der Bahn 100, die der ersten Seite 110 gegenüberliegt, bilden. Somit können die Aussparungen 86 und Vorsprünge 88 gleichzeitig auf der ersten Seite 110 bzw. einer gegenüberliegenden zweiten Seite der Bahn 100 gebildet werden.
Ein zweite zylindrische Rolle 112 mit Vorsprüngen 114, die in Längsreihen entlang ihrer gekrümmten Fläche 116 positioniert sind, kann neben der gegenüberliegenden Seite der Bahn 110 von der ersten Rolle 102 positioniert werden. Die zweite Rolle 112 kann auch um ihre Achse 118 gedreht werden und tritt mit der zweiten Seite der Bahn aus verformbarem Material 100, die tangential zu der gekrümmten Fläche 116 positioniert ist, in Kontakt. Auf diese Weise können auf der zweiten Seite der Bahn 100 Aussparungen 86 gebildet werden, und entsprechende Vorsprünge 88 können auf der ersten Seite 110 gebildet werden.
Die Rollen 102, 112 können durch axiales Stapeln zylindrischer Scheiben gebildet werden, deren Grenzen in 9 gestrichelt dargestellt werden. Bei einigen Ausführungsformen können Scheiben mit verschieden geformten Vorsprüngen 114 und/oder Umfangsbeabstandung zwischen den Vorsprüngen 114 zu einer Rolle montiert werden, die Lamellen 66 mit verschiedenen Abmessungen und Geographien bildet. Ebenso können die Scheiben um den Umfang versetzt werden, um Lamellen 66 mit mehr oder weniger Platz zwischen Reihen von Konturelementen bereitzustellen, was zu breiteren oder schmaleren Rücken 76 führen kann. Die Rollen 102, 112 können bezüglich einander so angeordnet sein, dass die Aussparungen 86 und Vorsprünge 88 auf jeder Seite der Bahn an bestimmten Stellen bezüglich einander gebildet werden. Zum Beispiel zeigen die 7–9, wie die Rollen 102, 112 ausgerichtet werden können, um Quer- und Längsreihen von abwechselnden Aussparungen 86 und Vorsprüngen 88 entlang der Bahn 100 zu bilden. Die Querreihen werden durch schmale Spalte getrennt, wo die Bahn 100 zur Bildung von Wellungen gefalzt werden kann, so dass die Querreihen Schenkel 82 und die Spalte Rücken 76 werden. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Rollen 102, 112 leicht versetzt, um serpentinenförmige Rücken 76 zu bilden. Bei anderen Ausführungsformen können die Rollen 102, 112 zur Bildung von geraden Rücken 76 ausgerichtet werden. Bei noch anderen Ausführungsformen kann die Positionierung, Größe und/oder Form der Vorsprünge 104, 114 an der ersten und/oder zweiten Rolle 102, 112 variiert werden, um die Geometrie und/oder Topographie der Lamelle 66 zu ändern. Bei noch anderen Ausführungsformen können gekrümmte Flächen 106, 116 der Rollen 102, 112 mit Kerben versehen werden, die (hinsichtlich Position, Größe, Form usw.) den Vorsprüngen 114, 104 in der gegenüberliegenden Rolle 112, 102 entsprechen, um die in der Bahn 100 geformten Konturen besser zu definieren.
10 zeigt ein Verfahren zur Herstellung von Lamellen 66 gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung. Das in 10 dargestellte Verfahren verwendet sternförmige Rollen, um gleichzeitig Konturelemente zu formen und die Lamelle 66 teilweise zu falzen. Eine erste sternförmige Scheibe 120 zeigt eine erste sternförmige Rolle, die auf einer ersten Seite 110 einer Bahn aus verformbarem Material 100 bei der dargestellten Ausführungsform von 10 positioniert ist. Entlang dem Umfang der ersten Scheibe 120 erzeugen abwechselnde Stege 122 und Spalten 124 die Sternform der Scheibe. Die Stege 122 und Spalten 124 können zur Bildung der Scheitel 78 und Täler 80 beitragen, wie unten ausführlicher beschrieben wird. Zwischen jedem Steg 122 und jeder Spalte 124 ist ein Vorsprung 126 oder eine Kerbe 128 geformt. Die Vorsprünge 126 und Kerben 128 können die Aussparungen 86 und Vorsprünge 88 in der Lamelle bilden, wie auch unten ausführlicher besprochen wird. Bei einigen Ausführungsformen, wie zum Beispiel der dargestellten Ausführungsform, können die Vorsprünge 126 und die Kerben 128 geometrische Gegenstücke sein und mehrere Symmetrieebenen aufweisen, wie zuvor bezüglich der Aussparungen 86 und Vorsprünge 88 besprochen. Bei anderen Ausführungsformen können die Stege 122 geometrische Gegenstücke der Spalten 124 sein.
Eine zweite sternförmige Scheibe 130 in 10 stellt eine zweite sternförmige Rolle dar, die abwechselnde Stege 132 und Spalten 134 aufweisen kann, die abwechselnde Vorsprünge 136 und Kerben 138 trennen, ähnlich (das heißt hinsichtlich Form, Größe usw.) jenen der ersten Scheibe 120. Als Alternative oder zusätzlich dazu können die Vorsprünge 136 geometrische Gegenstücke der Kerben 128 sein und die Vorsprünge 126 können geometrische Gegenstücke der Kerben 138 sein, wobei dann die Vorsprünge 126, 136 keine geometrischen Gegenstücke der Kerben 128, 138 an der gleichen Scheibe zu sein brauchen. Die zweite sternförmige Scheibe 130 ist auf einer zweiten Seite 140 der Materialbahn 100 positioniert.
Die erste und die zweite sternförmige Scheibe 120, 130 können bezüglich einander so positioniert sein, dass jeder Steg 122 der ersten Scheibe 120 in eine Spalte 134 der zweiten Scheibe 130 passt und jeder Steg 132 der zweiten Scheibe 130 in eine Spalte 124 der ersten Scheibe 120 passt, wenn sich die Scheiben 120, 130 auf ihren jeweiligen Achsen drehen. Wenn die Bahn aus verformbarem Material 100 zwischen die sternförmigen Scheiben 120, 130 geführt wird, falzen somit die entsprechenden Stege 122 und Spalten 134 das Material zur Bildung der Scheitel 78, und die entsprechenden Stege 132 und Spalten 134 falzen das Material zur Bildung der Täler 80. Ebenso bilden die Vorsprünge 126, 136 und die entsprechenden Kerben 138, 128 die Aussparungen 86 und die Vorsprünge 88 in der Lamelle 66.
Es können sternförmige Rollen aus sternförmigen Scheiben 120 hergestellt werden, die axial gestapelt werden, ähnlich wie die oben unter Bezugnahme auf die Ausführungsform von 9 besprochene Anordnung. 11 zeigt, wie diese sternförmigen Scheiben 120 in einer abwechselnden Anordnung so gestapelt werden können, dass ein Vorsprung 126 in einer Scheibe neben einer Kerbe 128 in einer zweiten Scheibe positioniert ist. Nebeneinander liegende Scheiben können versetzt werden, so dass die Stege 122 und Spalten 124 in einer Scheibe nicht direkt auf die Stege 122 und Spalten 124 in einer zweiten Scheibe ausgerichtet sind, wie in 11 gezeigt. Durch komplementäres Positionieren von zwei sternförmigen Rollen mit dieser Anordnung von Scheiben kann eine Lamelle 66 mit serpentinenförmigen Rücken 76 gebildet werden, wie in den 3–8 gezeigt.
Nach dem Rollformen und Falzen der Lamellen 66 können sie auf die richtige Größe zugeschnitten und dann in die Rohre 26 verrippt werden. Bei anderen Ausführungsformen können die Lamellen 66 vor ihrem Falzen geschnitten werden. Als Alternative dazu können die Rohre 26 um die Lamellen 66 herum montiert werden. Bei noch anderen Ausführungsformen können die Rohre 26 und die Lamellen 66 gleichzeitig zugeschnitten werden.
Die oben beschriebenen und in den Figuren veranschaulichten Ausführungsformen werden rein beispielhaft dargestellt und sollen nicht als Einschränkung für die Konzepte und Grundzüge der vorliegenden Erfindung gelten. Somit liegt für einen Durchschnittsfachmann auf der Hand, dass die Elemente und ihre Konfiguration und Anordnung auf verschiedene Weise geändert werden können, ohne von dem Gedanken und Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims

Wärmetauscher (10) zur Übertragung von Wärme zwischen einem ersten Arbeitsfluid und einem zweiten Arbeitsfluid, wobei der Wärmetauscher Folgendes umfasst: eine gewellte Lamelle (66, 266), die entlang einem Strömungsweg (34) des ersten Arbeitsfluids zwischen benachbarten Rohrwänden positioniert werden kann und zur Verstärkung der Wärmeübertragung zwischen dem ersten Arbeitsfluid und dem zweiten Arbeitsfluid betreibbar ist, wobei die Lamelle (66, 266) einen zwischen benachbarten Falzen (76) definierten Schenkel (82, 282) enthält; und mehrere Windungen (270), die sich von einem distalen Ende des Schenkels (82, 282) nach innen erstrecken und in verschiedenen Abständen von dem Ende enden.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei die mehreren Windungen (270) mindestens drei benachbarte Windungen enthalten, wobei eine mittlere der Windungen in einer Strömungsrichtung des ersten Arbeitsfluids entlang dem Strömungsweg eine größere Länge aufweist als die benachbarten Windungen.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei sich mindestens eine der mehreren Windungen in eine Kontur erstreckt, die sich in einer im Wesentlichen senkrecht zu der mindestens einen Windung verlaufenden Richtung entlang dem Schenkel erstreckt.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei sich mindestens zwei nicht benachbarte der mehreren Windungen um eine gemeinsame Strecke in einer im Wesentlichen parallel zu einem zwischen dem mindestens einen Schenkel und einem benachbarten Schenkel der gewellten Lamelle gebildeten Rücken verlaufenden Richtung nach innen erstrecken,
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei die gewellte Lamelle mehrere benachbarte Schenkel enthält, wobei jeder der mehreren benachbarten Schenkel mehrere Windungen enthält, die sich in der Strömungsrichtung des ersten Arbeitsfluids entlang dem Strömungsweg von distalen Enden der Schenkel nach innen erstrecken und in verschiedenen Abständen von den Enden enden.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei benachbarte Enden von mindestens zwei der mehreren Windungen entlang einer Linie ausgerichtet sind, die nicht senkrecht zur Strömung des ersten Arbeitsfluids entlang dem ersten Strömungsweg verläuft.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei einander gegenüberliegende Enden des Schenkels zwischen den Rohrwänden und in einem Verbindungsbereich der Rohre an einem Sammelbehälter befestigt sind, wobei die Windungen dazu konfiguriert sind, durch Temperaturschwankungen verursachte Längenänderungen in einer Stapelrichtung der Rohre auszugleichen.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei die gewellte Lamelle mehrere benachbarte Schenkel enthält, wobei jeder der mehreren benachbarten Schenkel mehrere Windungen enthält, die sich in der Strömungsrichtung des ersten Arbeitsfluids entlang dem Strömungsweg von distalen Enden der Schenkel nach innen erstrecken und in einem Abstand enden, der von einer entsprechenden Windung eines benachbarten Schenkels verschieden ist.
Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers zur Übertragung von Wärme zwischen einem ersten Arbeitsfluid und einem zweiten Arbeitsfluid, wobei das Verfahren folgende Vorgänge umfasst: Wellen einer Lamelle (66, 266) zur Definition mehrerer Schenkel (82, 282); und Bilden mehrerer Windungen (270) entlang einem der mehreren Schenkel (82, 282), wobei sich die mehreren Windungen von einem distalen Ende des Schenkels nach innen erstrecken und in verschiedenen Abständen von dem Ende enden.
Verfahren nach Anspruch 9, das weiterhin Positionieren der Lamelle zwischen Rohrwänden und Befestigen einander gegenüberliegender Enden der Schenkel an den Rohrwänden umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Bilden der mehreren Windungen Bilden mindestens drei benachbarter Windungen umfasst, und das weiterhin Ausbilden einer mittleren der Windungen über eine größere Strecke als benachbarte Windungen in einer im Wesentlichen parallel zu einem den Schenkel von einem benachbarten Schenkel trennenden Rücken verlaufenden Richtung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Bilden mehrerer Windungen Ausbilden mindestens einer der mehreren Windungen in einer im Wesentlichen senkrecht zu der mindestens einen Windung verlaufenden Richtung in eine um den Schenkel herum verlaufende Kontur umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Bilden mehrerer Windungen Ausrichten benachbarter Enden von mindestens zwei der mehreren Windungen entlang einer Linie umfasst, die nicht senkrecht zu einem den Schenkel von einem benachbarten Schenkel trennenden Rücken verlaufen.
Verfahren nach Anspruch 9, das weiterhin Befestigen einander gegenüberliegender Enden des Schenkels zwischen Rohrwänden umfasst, und wobei das Bilden der mehreren Windungen Bilden eines elastischen Bereichs entlang dem Schenkel zum Ausgleich von durch Temperaturschwankungen verursachten Längenänderungen in einer Stapelrichtung der Rohre umfasst.